Mejores prácticas para la inspección y alineación de rodillos y otros componentes.

José Edgardo Rodríguez, MSc, PMP, CMRP.

Resumen

Los rodillos son utilizados en muchas aplicaciones industriales, su principal función es la de transportar materiales (papel, pulpa, acero, aluminio, plástico, etc.). Con frecuencia las estrategias tradicionales de mantenimiento y operación durante el ciclo de vida de los rodillos afectan su operación segura y rentable, prevaleciendo la aparición de fallas o interrupción de sus funciones, siendo un elemento negativo para cualquier industria o negocio. Las consecuencias pueden ir desde gastos adicionales por inspecciones de condición (temperatura, vibraciones, etc.) a mayor frecuencia, pasando por daño prematuro a los consumibles de producción (fieltros, bandas, vestiduras, etc.), problemas de calidad, operación a una tasa de producción o velocidad menor a la presupuestada, hasta fallas catastróficas con paradas totales del sistema, afectando de forma negativa la continuidad operacional, imagen y resultados. Como parte del avance de la tecnología y su democratización, riesgos de estas características se pueden mitigar. Existe una técnica con mucha aceptación internacional cada vez mas utilizada por fabricantes y usuarios, se trata de la metrología 3D o Laser Tracker, el cual permite en un tiempo mucho menor la inspección dimensional y verificación de alineación de rodillos y componentes, permitiendo incrementar la rentabilidad del sistema durante su ciclo de vida.

Introducción

Los rodillos son parte vital en muchas aplicaciones industriales, en especial en el negocio de pulpa y papel. Están presentes en sistemas de transporte de materia prima, en el proceso de manufactura del papel y/o cartón, en el transporte de productos semi- terminados y terminados.

En esta oportunidad se pondrá especial atención en los rodillos y componentes mecánicos, utilizados en los sistemas de manufactura de papel y/o cartón.


Los rodillos como conjunto mecánicos parecieran ser muy sencillos, pero como todo tienen una serie de particularidades asociadas a su aplicación que requieren especial atención, para poder obtener el máximo beneficio de forma responsable. Por lo general son cuerpos cilíndricos, con puntas de ejes en los extremos, apoyados en rodamientos dentro de cajas de rodamientos con sistemas de sellado y lubricación.

En el proceso de manufactura del papel siguiendo el flujo de material tenemos la sección húmeda y la sección seca, en la sección húmeda existen:

  • Rodillos recubiertos con o sin transmisión de potencia.
  • Rodillos recubiertos con cajas de vacío, con o sin transmisión de potencia.

En esta parte del proceso, existe otros dispositivos que juegan un rol importante en el performance de la Maquina de Papel y que al igual que los rodillos requieren la verificación y corrección de su geometría para contribuir en alto grado a la función principal del sistema, estos dispositivos son las cajas de alimentación de pasta (Headbox) y las cajas de vacío presentes en la Mesa de Formación (Fourdrinier).

Luego dentro de la sección húmeda siguiendo el sentido del proceso se encuentran las prensas, la cuales poseen múltiples configuraciones, dependiendo del tipo de papel a producir, desde rodillos con vacío, pasando por las prensas tipo jumbo (jumbo press) hasta llegar a las prensas de zapata (shoe press), adicionalmente se encuentras los rodillos guías y conductores de fieltros.

Posterior a las prensas se inicia la sección seca conformada por rodillos secadores con inyección de vapor y rodillos conductores, dependiendo del tiempo de papel, podría ser uno solo de gran tamaño tipo Yankee o varios conjuntos rodillos agrupados por secciones térmicas o mecánicas.

En la etapa final del proceso se encuentra la calandria y la bobinadora, donde el producto final se encuentra listo para seguir al proceso de conversión.
En promedio podríamos hablar de mas de 100 rodillos para maquinas de papel o cartón o unos 30 para maquinas tissue.

Cada uno de ellos con especificaciones muy exigentes por parte de los fabricantes para poder cumplir con la función para la cual fueron diseñados, valores que oscilan entre 0,050 mm a 0,075 mm por cada 2500 mm de ancho (cuerpo) del rodillo, para las distintas especificaciones (nivel, paralelismo, perpendicularidad, etc) .

Inspección y alineación de la Maquina de Papel y sus principales componentes

Según la NPL (National Physical Laboraty, Instituto Nacional de Metrología del UK) existen seis (6) principios rectores, identificados como buenas practicas para realizar una medición.

  1. Mediciones correctas, las mediciones solo deben realizarse para satisfacer los requisitos acordados y bien especificados.
  2. Las herramientas correctas: las mediciones deben realizarse utilizando equipos y métodos que se han demostrado adecuados para su propósito.
  3. Las personas adecuadas: el personal de medición debe ser competente, debidamente calificado y bien informado.
  4. Revisión regular: Debería haber una evaluación interna e independiente del desempeño técnico de todas las instalaciones y procedimientos de medición.
  5. Consistencia demostrable: Las mediciones realizadas en un lugar deben serconsistentes con las realizadas en otros lugares.
  6. Los procedimientos correctos: Deben implementarse procedimientos biendefinidos y coherentes con las normas nacionales o internacionales para todas las mediciones.

De los seis principios, existen dos que marcan una diferencia importante en el campo industrial, cuando se refieren a mediciones dimensionales de alta precisión y alto volumen, como las presentes en los rodillos y componentes de una maquina de papel. Como muestra la grafica de abajo, en escala logarítmica, el eje X representa el tamaño del objeto a medir y en el eje Y la incertidumbre de la medición.

Los objetos presentes en el ámbito industrial podrían ser ubicarlos entre 1 y 10 metros, con incertidumbres de medición que no deberían exceder 0,1 mm y para casos de hasta 100 metros no exceder 1 mm.

Estos rangos permiten identificar (zona punteada) que la tecnología que mejor cumple con este requerimiento son los Laser Tracker.

Laser Tracker o Sistema de medición por coordenadas 3D.

La tecnología fue desarrollada en la Oficina Nacional de Estándares y Tecnología de EEUU (NIST), a mitad de los 80, específicamente para la calibración de robots industriales y posteriormente adoptada por la industria aeroespacial. El sistema consiste de un cabezal de medición, unidad de procesamiento (MCU) y software de control. En el cabezal se encuentran el emisor de laser y los motores de giro horizontal y vertical, los cuales permiten girar el cabezal en dos ejes para seguir el esférico (SMR) que hace el contacto con el objeto a medir. El rango de medición es de 80 metros de radio esférico con una precisión máxima 0,009 mm.

Aplicaciones

Dentro del campo industrial son muchísimas las aplicaciones del Laser Tracker, bien sea para inspección dimensional o alineación de objetos de grandes volúmenes con elevada precisión y exactitud. En el mundo de las Maquinas de Papel con sus característicos rodillos y componentes las aplicaciones mas frecuentes son:

Sección Húmeda.
  • Planitud y Rectilinealidad de componentes estáticos en la mesa de formación(Forming board, Apron Lip, cajas de vacío).
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad de componentes estáticos y rodillos(Breast, Wire Turning, Couch, Prensas, guías).
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad, ejes de transmisión (Line shaft)
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad, rieles grúas puentes
  • Armados virtuales, alineación e inspección dimensional
Sección Seca.
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad de rodillos (Secadores, raspadores,guías).
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad de rodillos (Bobinadora, Calandrias, Rey,Reinas).
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad de componentes Bobinadora (Brazosprimarios, secundarios, rieles).
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad, ejes de transmisión (Line shaft)
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad, rieles grúas puentes
  • Armados virtuales, alineación e inspección dimensional
Otras áreas del molino
  • Nivel y Centrado de Tornillos Plug Screw Feeder
  • Nivel, Planitud y Centrado de Digestores Continuos
  • Nivel, Paralelismo y Perpendicularidad de rodillos bandas y cadenastransportadoras
  • Nivel, Centrado y Alineación de platos perforados Hydrapulpers
  • Centrado y alineación Turbo máquinas
  • Alineación e Inspección de reparaciones con equipos portátiles de mecanizadoen sitio

Cada una de estas aplicaciones, se basa en la representación geométrica del sistema, por medio de entidades CAD (planos, cilindros, círculos, puntos o líneas). Que son medidos y/o construidos por el especialista dentro del software de metrologia 3D, permitiendo definir referencias a la largo del proceso que permiten validar la calidad de las mediciones, adicionalmente facilitan el registro del historial de cada objeto o componente inspeccionado. Para cada proyecto previamente se define el plan de medición, lo cual aumenta la eficiencia en el uso del tiempo.

Ejemplos de la aplicación de Metrologia 3D en Maquinas de Papel

Inspección y Alineacion de Rodillos
Inspección linea de referencia
Inspección y Alineación de Secador
Inspección dimensional y armado virtual componentes secador

Beneficios

Un sistema mecánico, en este caso una Maquina de Papel, adecuadamente alineada permite una operación segura y rentable, ahora bien como se menciona al principio, para obtener una alineación idónea se debe empezar por contar con mediciones apropiadas, que deben estar definidas, ejecutadas profesionalmente con equipos y personal acordes a la exigencia, con procesos de trabajo documentados y divulgados, así mismo con la posibilidad de verificar los resultados.

En la siguiente tabla podemos comparar las practicas tradicionales y la mejor practica identificada en la actualidad.

Fuentes

  1. Paper Mill Machine Alignment. Leyca
  2. Paper Machine Alignment. Beloit Corporation
  3. PULP & PAPER MAGAZINE: Paper Machine Alignment Checklist Guides MillsSeeking Speed Increase. RISI
  4. Pressing, Drying Component Alignment Improves Rebuilt Machine Runability. Pulp&Paper Magazine
  5. Roll alignment Field Report. Valmet
  6. Vantage Laser Tracker User Manual. Faro
  7. Vantage Laser Tracker Training Manual. Faro
  8. SpatialAnalyzer UserManual. New River Kinetics
  9. SpatialAnalyzer TrainingManual. New River Kinetics, Metrology Institute
× How can I help you?